Natuurlijk speelt licht vandaag al een buitengewoon belangrijke rol in het ict-gebeuren. De vele duizenden kilometers glasvezelkabel – zowel tussen de continenten, als langsheen de huizen en in de bedrijven zelf – zijn met laserlicht gevuld als drager van terabytes aan data. Maar daarnaast wordt ook hard gewerkt aan het gebruik van licht als koppeling binnen systemen.

De halfgeleiderlaser en glasvezelkabel hebben sinds de jaren tachtig het telecommunicatielandschap onherkenbaar veranderd en niet zonder reden. De uiterste nauwkeurigheid waarmee de golflengte van het laserlicht kan worden bepaald, leidde onder meer tot de mogelijkheid om verscheidene lichtstralen van verschillende golflengte tegelijkertijd door een zelfde vezel te sturen, met een navenante stijging van het datadebiet. Helaas verloopt dat transport van data niet over de hele afstand zo efficiënt, want om een aantal redenen moet die lichtstroom geregeld worden omgezet voor verwerking in veel trager schakelende en minder efficiënte elektronica. Het hoeft dan ook niet te verbazen dat al op het eind van de jaren negentig ‘lambda switching’ werd ontwikkeld om het routeren van datastromen over de grote verbindingslijnen gewoon met licht te doen, zonder een ‘licht-naar-elektrische stroom’-conversie. Ook vandaag wordt hier nog onderzoek naar gedaan, met onlangs nog berichten over de mogelijkheden van ‘metamaterialen’ die zo’n ‘light switching’ zouden makkelijker en flexibeler maken door licht van verschillende frequenties in verschillende mate te vertragen.

Computer ziet het licht

Dezelfde uitdagingen dienen zich ook aan in lokale netwerken, tussen chips in een systeem en zelfs binnen in een chip. In toenemende mate vormt het hiervoor populaire koper een flessenhals en ook hier werd naar licht gekeken als een mogelijke oplossing. Helaas bleken de oorspronkelijke fotonische componenten (die de omzetting stroom/licht/stroom verzekeren) te duur voor gebruik in grote aantallen in lokale netwerken en individuele systemen, onder meer door de aangewende materialen. Ideaal ware het als het nodige laserlicht kon worden opgewekt met componenten in silicium, want dan kan het bestaande productiesysteem voor siliciumgesteunde chips worden aangewend. Dat is precies waar in de voorbije jaren bijzondere vooruitgang werd geboekt. Zo kende Intel al in 2004 een eerste doorbraak met de ontwikkeling van de eerste silicium laser. In 2006 slaagde Intel er vervolgens in een hybride laser te bouwen – een combinatie van een siliciumchip met indiumfosfide (een halfgeleidermateriaal waarmee makkelijk licht kan worden opgewekt).En vorig jaar toonde Intel een silicium lasermodulator die een datatransmissiesnelheid van 40 Gbps mogelijk maakt. Met deze en andere ontwikkelingen komen langzamerhand de verschillende elementen samen die lichtgesteunde interconnecties tussen chips mogelijk zullen maken. Meer nog, in augustus meldde IBM dat onderzoekers erin waren geslaagd een lichtbron op basis van een enkel nanobuisje te creëren, wat perspectieven opent voor processortechnologieën voorbij de huidige 32nm grens. Ondertussen wordt wel al concreet gewerkt aan lichtgesteunde interconnecties tussen componenten binnen in een systeem. Zo kreeg Sun Microsystems dit jaar een contract van Darpa (de researchorganisatie van het Amerikaanse ministerie van defensie) voor onderzoek naar lichtgesteunde connecties tussen verwerkingskernen in een chip. Sun zal daarbij voorbouwen op de principes van een vroeger onderzoek voor snelle interconnecties tussen chips (de ‘proximity communications’ technologie). Centra van onderzoek inzake siliciumgesteunde fotonica vind men onder meer bij IBM, Intel, Hewlett-packard, Sun, MIT, Columbia University en de University of Southern califonia, maar zij hebben zeker niet het monopolie. Ook in België wordt onderzoek verricht, onder meer in het kader van het ‘Photonics@be, micro, nano en kwantum-fotonica’-project. Het betreft een samenwerking tussen de VUB, ULB, Ugent en de Faculté Polytechnique uit Mons, alsook met de Technische Universiteit Eindhoven en de Université des Sciences et technologies uit Lille. Dit project kende een succesvolle voorganger waar ook de KULeuven aan meewerkte. Leuven is ook vertegenwoordigd met IMEC, dat overigens in samenwerking met CEA-LETI uit Grenoble vanaf september dit jaar met het ePIXfab zijn siliciumfotonics-prototypeservice uitbreidt naar een bredere markt.z

Guy Kindermans